DE2628589C3

DE2628589C3 - Heat exchanger

Info

Publication number: DE2628589C3
Application number: DE2628589A
Authority: DE
Inventors: Rowland Ellis Long Beach Calif. Ball (V.St.A.)
Original assignee: Borg Warner Corp
Current assignee: BW IP International Inc
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1979-04-26
Also published as: AU1474376A; JPS525001A; DE2628589B2; IT1061798B; US4005747A; NL175749C; FR2333982B1; NL7606710A; NL175749B; FR2333982A1; JPS6045316B2; CH604117A5; BR7604152A; GB1542410A; AU499381B2; CA1060266A; DE2628589A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher für eine mechanische Pumpenabdichtung, mit zwei im wesentlichen zylindrischen, die vom Motor zum Pumpenlaufrad führende Antriebswelle umschließenden Gehäuseteilen.The invention relates to a heat exchanger for a mechanical pump seal, with two im essentially cylindrical, enclosing the drive shaft leading from the motor to the pump impeller Housing parts.

Es sind Wärmetauscher zum Kühlen einer heißen, von einer Pumpenkammer längs der Pumpenwelle zu einer der Pumpe zugeordneten, mechanischen Abdichtung strömenden Flüssigkeit bekannt So ist in der US-PS 34 59 430 ein Wärmetauscher beschrieben, der zwei konzentrische Rohrschlangen enthält von denen die eine von der der Stopfbuchse zuströmenden Flüssigkeit und die andere von der eine den mechanischen ίο Dichtungen zugeordnete Druckmindereinrichtung durchströmenden Flüssigkeit durchsetzt ist Die Rohrschlangen sind in konzentrischen, an ihren unteren Enden miteinander verbundenen Kühlmänteln angeordnet Kühlmittel, etwa Wasser oder ein anderes is Strömungsmittel, wird dem äußeren Kühlmantel an dessen oberem Ende zugeführt und strömt nach unten unJ über die in diesem Kühlmantel angeordneten Rohrschlangen und dann über das untere Ende des inneren Kühlmantels und verläßt diesen an dessen oberem Ende. Die die Rohrschlangen durchströmende Flüssigkeit wird durch den die Kühlmäntel durchsetzenden Kühlmittel-Mengenstrom gekühlt; infolge der unregelmäßigen Strömungspfade des Kühlmittels kann eine ungleichförmige Kühlwirkung auftreten, und es können Heißstellen vorhanden sein, an denen keine oder nur eine geringe Kühlung auftritt Außerdem garantiert dieser Wärmetauscher nur während des Laufs eine Kühlung für sämtliche mechanischen Dichtungen; wenn sich dagegen die Pumpe im heißen,There are heat exchangers for cooling a hot, of a pump chamber along the pump shaft to a mechanical seal assigned to the pump flowing liquid known So in US-PS 34 59 430 a heat exchanger is described, the two concentric pipe coils, one of which contains the liquid flowing into the stuffing box and the other of the pressure reducing device assigned to the mechanical seals flowing through is permeated by the pipe coils are in concentric, at their lower Coolant, such as water or another, arranged at the ends of interconnected cooling jackets is fluid, is fed to the outer cooling jacket at its upper end and flows downwards unJ over the pipe coils arranged in this cooling jacket and then over the lower end of the inner cooling jacket and leaves it at its upper end. The one flowing through the coils Liquid is passed through the cooling jackets Coolant mass flow cooled; due to the irregular flow paths of the coolant There may be a non-uniform cooling effect and there may be hot spots where none or only a slight cooling occurs. In addition, this heat exchanger only guarantees during the Run a cooling system for all mechanical seals; if, on the other hand, the pump is in the hot,

betriebsbereiten Wartezustand befindet werden die unteren Dichtungen nicht gekühlt und nur die oberen Dichtungen werden gekühlt da ein Umwälz-Laufrad für den Wärmetauscher erforderlich istis ready for operation, the lower seals are not cooled and only the upper ones Seals are cooled because a circulation impeller is required for the heat exchanger

In contrast, the invention creates an improved

serten Wärmetauscher für eine Pumpe mit mechanischen Dichtungen, durch den die Dichtungen nicht nur während des Laufs, sondern auch im heißen, betriebsbereiten Wartezustand der Pumpe gekühlt werden. Der Wärmetauscher erfordert kein Umwälz-Laufrad. Zurserten heat exchanger for a pump with mechanical Seals, through which the seals are ready for use not only during operation, but also when hot Waiting state of the pump to be cooled. The heat exchanger does not require a circulating impeller. To the

■»ο Verbesserang des Wärmeaustausch enthält der Wärmetauscher jedoch einen umlaufenden ^lenkkörper, der den Strömungspfad für das heiße Strömungsmittel begrenzt und während des Laufs eine Rotationsströmung in dem heißen Strömungsmittel erzeugt Das■ »ο The heat exchanger contains improvements in the heat exchange however, a circumferential bobbin that provides the flow path for the hot fluid limited and generates a rotational flow in the hot fluid during the run

Kühlmittel durchströmt den Wärmetauscher längs eines definierten Strömungspfades, wodurch die heiße, längs der Pumpenwelle zu den mechanischen Dichtungen strömende Flüssigkeit verhältnismäßig gleichförmig gekühlt wird. Der erfindungsgemäße Wärmetauscher eignet sich insbesondere für Hochtemperatur-Hochdruckpumpen oder Einrichtungen mit ähnlichen Betriebsbedingungen. Coolant flows through the heat exchanger along a defined flow path, whereby the hot, longitudinal fluid flowing from the pump shaft to the mechanical seals is relatively uniform is cooled. The heat exchanger according to the invention is particularly suitable for high-temperature, high-pressure pumps or facilities with similar operating conditions.

Insgesamt schafft die Erfindung einen Mehrstrom-Vielpfadwärmetauscher, der die Welle einer Kühlmittelpumpe umschließt und zwischen dem Pumpenlaufrad und einer mechanischen Abdichtung angeordnet ist, um heiße Flüssigkeit, die von der Pumpenkammer längs der Pumpenwelle zur mechanischen Abdichtung strömt, zu kühlen. Der Wärmetauscher eignet sich vor allem fürOverall, the invention creates a multi-flow multi-path heat exchanger, which encloses the shaft of a coolant pump and is arranged between the pump impeller and a mechanical seal in order to hot liquid flowing from the pump chamber along the pump shaft for mechanical sealing cool. The heat exchanger is particularly suitable for

Hochtemperatur-Hochdruckpumpen oder andere Pumpen mit ähnlichen Überhitzungsproblemen.High temperature high pressure pumps or other pumps with similar overheating problems.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles ist in Verbindung mit den Zeichnungen die Erfindung näher erläutert. Es zeigtFurther details and features of the invention emerge from the claims in the following Description of an exemplary embodiment, the invention is explained in more detail in conjunction with the drawings. It shows

Fig. 1 die Seitenansicht einer Motor-Pumpeneinheit mit einer mechanischen Abdichtung und einen Wärme-1 shows the side view of a motor-pump unit with a mechanical seal and a thermal

tauscher nach der Erfindung;exchanger according to the invention;

F i g. 2 einen vergrößerten Axialschnitt eines Teils der in F i g. 1 gezeigten Motorpumpe, aus der die Anordnung des Wärmetauschers, der Pumpe und der mechanischen Abdichtung ersichtlich ist;F i g. FIG. 2 is an enlarged axial section of part of the FIG. 1 shown motor pump, from which the arrangement the heat exchanger, the pump and the mechanical seal can be seen;

F i g. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 der F i g. 4 mit einem erfindungsgemäßen Wärmetauscher in vereinfachter Darstellung;F i g. 3 shows a section along line 3-3 of FIG. 4 with a heat exchanger according to the invention in simplified form Depiction;

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3; undF i g. 4 is a section along the line 4-4 of FIG. 3; and

F i g. 5 is a section along line 5-5 of FIG. 3.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Anordnung enthält eine Pumpe 10 und einen an dieser über ein zylindrisches Gehäuse 14 angebrachten Motor 12, die über eine Antriebswellenanordnung 'S miteinander verbunden sind. Die Pumpe 10 und der Motor 12 sind von üblicher Bauweise, und bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Pumpe 10 eine Doppelsaug-Spiralpumpe mit einer Saugöffnung 18 und einer Drucköffnung 20, während der Motor 12 von beliebiger Bauweise istThe in the F i g. The arrangement shown in FIGS. 1 and 2 includes a pump 10 and one attached to it via a cylindrical one Housing 14 mounted motor 12, which are connected to one another via a drive shaft arrangement 'S are. The pump 10 and motor 12 are conventional Design, and in the embodiment shown, the pump 10 is a double suction spiral pump with a suction port 18 and a pressure port 20, while the motor 12 is of any design

Die Pumpenwelle 16 ist von einer mechanischen Abdichtung 22 umschlossen, die das Hochdruckmittel in der Pumpe hält Die mechanische Abdichtung 22 ist von herkömmlicher Bauweise und besteht aus einer Vielzahl von Einzelelementen. Zwischen der Pumpe 10 und der mechanischen Abdichtung 22 liegt ein die Antriebswelle 16 umschließender Wärmetauscher 24, der in den F i g. 4 bis 5 in sehematischer Darstellung gezeigt istThe pump shaft 16 is enclosed by a mechanical seal 22, which the high pressure medium in The mechanical seal 22 is of conventional construction and consists of a plurality of individual elements. The drive shaft is located between the pump 10 and the mechanical seal 22 16 enclosing heat exchanger 24, which is shown in FIGS. 4 to 5 is shown in a schematic representation

Der Wärmetauscher 24 enthält ein erstes, becherförmiges, zylindrisches Gehäuseteil 25 mit einer ersten, inneren, zylindrischen, axial verlaufenden Trennwand 26, die auf ihrer Innenseite 28 die Antriebswelle 16 umgreift und von dieser geringfügig auf Abstand gehalten ist so daß das heiße Strömungsmittel längs der Welle 16 dem Wärmetauscher 24 zuströmen kann, und einer zweiten, äußeren, zylindrischen, axial verlaufenden Trennwand 30 mit einem Kühlmitteleinlaß 32 und einem Kühlmittelauslaß 34. Die Trennwände 26 und 30 sind durch eine radiale Stirnwand 36 miteinander verbunden. Der Wärmetauscher 24 enthält ferner ein zweites, becherförmiges, zylindrisches Gehäuseteil 38 mit inneren und äuUeren. axialen Trennwänden 40 bzw. 42, wobei die Trennwand 42 mit der Trennwand 30 des Gehäuseteils 25 auf deren Innenseite zusammenwirkt Das Ende des Gehäuseteils 38 ist zur Stirnwand 36 auf Abstand gehalten. Ferner ist ein drittes, becherförmiges, zylindrisches Gehäuseteil 44 mit inneren und äußeren, axial verlaufenden Trennwänden 46 bzw. 48 im Wärmetauscher 24 angeordnet Die Trennwand 46 wirkt mit der Trennwand 26 des Gehäuseteils 25 und die Trennwand 48 wirkt mit der Trennwand 40 des Gehäuseteils 38 zusammen. Ferner enthält der Wärmetauscher 24 ein viertes, becherförmiges, zylindrisches Gehäuseteil in Form eines Ablenkkörpers 50, der drehfest mit der Welle 16 verbunden und mit zylindrischen Trennwänden 52 und 54 versehen ist die in die Gehäuseteile 38 und 44 eingreifen und von diesen auf Abstand gehalten sind, wodurch kreisförmige und axiale Strömungskanäle für den heißen Strömungsmittelstrom von der Pumpe zu der mechanischen Abdichtung entstehenThe heat exchanger 24 contains a first, cup-shaped, cylindrical housing part 25 with a first, inner, cylindrical, axially extending partition 26, which engages around the drive shaft 16 on its inside 28 and is slightly at a distance from it is held so that the hot fluid can flow along the shaft 16 to the heat exchanger 24, and a second, outer, cylindrical, axially extending partition wall 30 having a coolant inlet 32 and a Coolant outlet 34. The partition walls 26 and 30 are connected to one another by a radial end wall 36. The heat exchanger 24 also contains a second, cup-shaped, cylindrical housing part 38 inner and outer. axial partitions 40 and 42, wherein the partition 42 cooperates with the partition 30 of the housing part 25 on the inside thereof The end of the housing part 38 is kept at a distance from the end wall 36. There is also a third, cup-shaped, cylindrical housing part 44 with inner and outer, axially extending partition walls 46 and 48 in the Arranged heat exchanger 24 The partition wall 46 acts with the partition wall 26 of the housing part 25 and the Partition wall 48 interacts with partition wall 40 of housing part 38. The heat exchanger also contains 24 a fourth, cup-shaped, cylindrical housing part in the form of a deflector 50, the rotatably connected to the shaft 16 and provided with cylindrical partitions 52 and 54 is the engage in the housing parts 38 and 44 and are held by these at a distance, thereby circular and axial flow channels for the hot fluid flow from the pump to the mechanical Sealing arise

Die Trennwand 26 des Gehauseteils 25, die Trennwand 48 des Gehäuseteils 44 und die Trennwand 42 des Gehäuseteils 38 sind jeweils mit mehreren, in Umfangsrichtung verteilten, axial ausgerichteten Schlitzen oder Nuten 60 bzw. 62 bzw. 64 und einer Vielzahl von kreisförmigen Kanälen oder Umfangsnuten 66 bzw. 68 bzw. 70 versehen; die Umfangsnut 66 steht mit den Nuten 60, die Umfangsnut 68 mit den Nuten 62 und die Umfangsnut 70 mit den Nuten 64 und ferner mit den Ein- bzw. Auslässen 32 bzw. 34 in Verbindung. Die Umfangsnut 70 ist durch sich radial gegenüberliegende Zwischenwände 72 in zwei halbkreisförmige Segmente 70a und 706 unterteilt Am entgegengesetzten Ende des Wärmetauschers 24 sind Umfangsnuten 74, 76 und 78 ausgebildet, die durch sich radial gegenüberliegende Zwischenwände 8OA bzw. 80/7 bzw. 80Cin halbkreisförmige Segmente 74/4, 745 bzw. 76Λ, 765 bzw. 78Λ, 78.0 unterteilt sind. Gegenüber jeder Zwischenwand SOA, 80S und 8OCum 90° versetzt sind, jedoch Verbindungskanäle 82/1, 82C bzw. 825, 82/5 ausgebildet Der Verbindungskanal 82Λ verbindet die Segmente 74/4 und 76A und der Kanal 82C verbindet die Segmente 76A und 78/4. Auf der entgegengesetzten Seite verbindet der Kanal 825 die Segmente 745 und 765 und der Kanal 82j9 die Segmente 765 und 785. Wie Fig.4 zeigt befinden sich zwischen den Axialnuten 62 Rippen 90, die die innere, axial verlaufende Trennwand 40 des zylindrischen Gehäuseteils 38 abstützen. Diese Rippen sind einteilig an der äußeren, axii. verlaufenden Trennwand 48 angeformt Somit ist die innere, axial verlaufende Trennwand 40 gegen die anliegende Druckdifferenz gesichert, die zwischen den Axialnufen 62 und der Hochdruckseite der inneren, axial verlaufenden Trenr. «rand 40 vorhanden ist Ebenso ist die innere, axial verlaufende Trennwand 46 des zylindrischen Gehäuseteils 44 durch Rippen 92 abgestützt, die an derThe partition wall 26 of the housing part 25, the partition wall 48 of the housing part 44 and the partition wall 42 of the housing part 38 are each provided with a plurality of axially aligned slots or grooves 60 or 62 or 64 and a plurality of circular channels or circumferential grooves 66 distributed in the circumferential direction and 68 and 70 respectively; the circumferential groove 66 is connected to the grooves 60, the circumferential groove 68 to the grooves 62 and the circumferential groove 70 to the grooves 64 and also to the inlets and outlets 32 and 34, respectively. The circumferential groove 70 is divided into two semicircular segments 70a and 706 by radially opposing partition walls 72. At the opposite end of the heat exchanger 24, peripheral grooves 74, 76 and 78 are formed, which are divided into semicircular segments by radially opposing partition walls 80A, 80/7 and 80C 74/4, 745 or 76Λ, 765 or 78Λ, 78.0 are subdivided. Compared to each partition SOA, 80S and 8OC are offset by 90 °, but connecting channels 82/1, 82C or 825, 82/5 are formed The connecting channel 82Λ connects the segments 74/4 and 76A and the channel 82C connects the segments 76A and 78 / 4th On the opposite side, the channel 825 connects the segments 745 and 765 and the channel 82j9 connects the segments 765 and 785. As FIG . These ribs are in one piece on the outer, axii. extending partition wall 48. Thus, the inner, axially extending partition wall 40 is secured against the applied pressure difference that between the axial grooves 62 and the high pressure side of the inner, axially extending Trenr. «Edge 40 is present. The inner, axially extending partition wall 46 of the cylindrical housing part 44 is supported by ribs 92 which are attached to the

jo zylindrischen Trennwand 26 angeordnet sind, und auch die äußere, axial verlaufende Trennwand 30 des zylindrischen Gehäuseteils 25 ist durch an der äußeren Trennwand 42 des Gehäuseteils 38 angeordnete Rippen 94 abgestütztjo cylindrical partition 26 are arranged, and also the outer, axially extending partition wall 30 of the cylindrical housing part 25 is through to the outer Partition wall 42 of the housing part 38 is supported by ribs 94 arranged

J5 Der Wärmetauscher bildet zwei Strömungspfade, nämlich einen Strömungspfad für die heiße Flüssigkeit, die längs der Welle 16 und nach der Kühlung im Wärmetauscher zu der mechanischen Abdichtung 22 strömt und einen Strömungspfad für das den Wärme-J5 The heat exchanger forms two flow paths, namely one flow path for the hot liquid, along the shaft 16 and, after cooling in the heat exchanger, to the mechanical seal 22 flows and a flow path for the heat

jn tauscher durchsetzende Kühlmittel.coolant penetrating the exchanger.

Die Strömungspfade durch den Wärmetauscher 24 werden anhand der F i g. 3,4 und 5 erläutert, wobei die Strömungsrichtung durch die Pfeile in den F i g. 4 und 5 verdeutlicht ist Das Kühlmittel kann Wasser oder ein anderes Strömungsmittel sein.The flow paths through the heat exchanger 24 are illustrated in FIGS. 3, 4 and 5 explained, with the Direction of flow indicated by the arrows in FIGS. 4 and 5 is clarified. The coolant can be water or a be another fluid.

Das Kühlmittel strömt am Einlaß M in den Wärmetauscher 24 und gelangt in das halbkreisförmige Segment 70/4. Von dort strömt es über die Axialnuten 64 zum Segment 74/4 und dann über den Kanal 82/4 in das Segment 764 und über den Kanal 82C in das Segment 78/1. Von den Nutensegmenten 76/4 und 78/4 fließt das Kühlmittel axial nach oben über die miteinander verbundenen Nuten 62 und 60 in die Umfangsnuten 68 und 66 und in den übrigen Teil der Axialnuten 62 und 60The coolant flows into the heat exchanger 24 at the inlet M and enters the semicircular segment 70/4. From there it flows via the axial grooves 64 to segment 74/4 and then via channel 82/4 into segment 764 and via channel 82C into segment 78/1. The coolant flows axially upwards from the groove segments 76/4 and 78/4 via the interconnected grooves 62 and 60 into the circumferential grooves 68 and 66 and into the remaining part of the axial grooves 62 and 60

v> und ru c';r_; Nutsegmenten 785, 765. Von dort gelangt das Strömungsmittel über die Kanäle 825 und 82D in das Nutsegment 745 und dann durch den übrigen Teil der Axialnuten 64 in Axialrichtung nach oben zum Nutsegment 705 und zum Auslaß 32v> and ru c '; r _; Groove segments 785, 765. From there, the fluid arrives via the channels 825 and 82D into the groove segment 745 and then through the remaining part of the axial grooves 64 in the axial direction upwards to the groove segment 705 and to the outlet 32

ho Erhitztes Hochdrackmittel, etwa Wasser, fließt längs der Welle 16 in den Wärmetauscher über den unteren Teil des Ringraums zwischen der Welle und der Innenseite 28 der Trennwand 26. Von dort gelangt es auf einem Strömungspfad über die Ringkanäle, die durchho Heated high pressure agent, such as water, flows lengthways of the shaft 16 into the heat exchanger via the lower part of the annular space between the shaft and the Inside 28 of the partition wall 26. From there it passes on a flow path via the annular channels that pass through

tr. die Zwischenräume zwischen dem Ablenkkörper 50 und den zylindrischen Gertfuseteilen 44 und 38 begrenzt werden, und in eine der mechanischen Abdichtungskammer benachbarte Sammelkammer. Der Ablenkköroertr. the spaces between the baffle 50 and the cylindrical Gertfuseteile 44 and 38 are limited, and in one of the mechanical sealing chamber adjacent collection chamber. The diversionary

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50 und die zylindrischen Gehäuseteile 34 und 38 steuern beispielsweise bei Verwendung von Wasser mit50 and the cylindrical housing parts 34 and 38 control, for example, when using water

den heißen Strömungsmittelstrom, und beim Umlauf des normaler Leitungstemperatur als Kühlmittel möglich,the hot fluid flow, and when circulating the normal line temperature as coolant possible,

The baffle is the hot fluid to the hot water that goes to the heat exchanger with a Rotation brought to the heat transfer inlet temperature of 288 ° C (550 ° F) flows on

grad zum Kühlmittel verbessert wird. So ist es ^r> eine Ausgangstemperatur von 66°C (150° F) zu kühlen.degree to the coolant is improved. So it is ^r > an initial temperature of 66 ° C (150 ° F) to cool.

For this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

J. Heat exchanger for a mechanical pump seal, with two essentially cylindrical housing parts enclosing the drive shaft leading from the motor to the pump impeller, characterized in that each housing part (25, 38, 44, 50) has a plurality of coaxial partition walls (26, 30, 40 , 42,46,48,50,52), which together delimit a plurality of concentric, interconnected cylindrical openings and a plurality of interconnected axial and circumferential grooves (60, 62, 64 or 66, 68, 70), of which the radially outer circumferential groove (70) connected to a coolant inlet (32) and a coolant outlet (34) and divided into two groove segments (70 / 1.70 £ J, one (7QA) with the coolant inlet (32) and the other (70B ) is in communication with the coolant outlet (34) that through channels (from the gap between 28 and 16 to the gap between 42 and 52) a zigzag flow path opens for a heated flow medium flow from the cylindrical ones connected to the pump (10) ungen to a heat exchanger outlet is formed, and that the coolant flow flowing through the axial and circumferential grooves (60,62,64 or 66, 68, 70) essentially in countercurrent to the heated fluid via the one groove segment of the radially outer circumferential groove the associated, radially outer axial grooves and the radially inner axial grooves connected to them to the other groove segment of the radially outer circumferential groove and from there to the coolant outlet <\ (34).

2. Heat exchanger according spoke 1, characterized in that one (50) of the housing parts (25, 38, 44, 50) is rotatably connected to the drive shaft (16) and the heated fluid flow on the way from the pump (10) to the mechanical seal (22) in a rotational movement offset

3. Heat exchanger according to claim 2, characterized in that the circumferential housing part (50) together with a further housing part (38 or 44) the cylindrical passage openings for limited the heated flow medium flow.

4. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that the Drive shaft (16) through between the pump impeller and the mechanical seal (22) at least two substantially cylindrical housing parts (25, 50) is enclosed

5. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that at least one (46) of the coaxial partition walls, one radially inner and one radially outer, axially extending wall portion of which one with distributed in the circumferential direction, the other wall section supporting axial ribs (92) is provided which the axial grooves (60, 62, 64) limit between them.